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DE102008033828B4 - Electrochemical gas sensor - Google Patents

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DE102008033828B4
DE102008033828B4 DE102008033828.1A DE102008033828A DE102008033828B4 DE 102008033828 B4 DE102008033828 B4 DE 102008033828B4 DE 102008033828 A DE102008033828 A DE 102008033828A DE 102008033828 B4 DE102008033828 B4 DE 102008033828B4
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Dr. Kiesele Herbert
Frank Mett
Sabrina Sommer
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Draeger Safety AG and Co KGaA
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Draeger Safety AG and Co KGaA
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Abstract

Elektrochemischer Gassensor zum Nachweis von H2S in einer Gasprobe mit mindestens einer Messelektrode (3) und einer weiteren Elektrode (8) in einer Elektrolytlösung (9), wobei die Elektrolytlösung (9) eine Mediatorverbindung in Form von Metallaten von Übergangsmetallen enthält, mit einer Konzentration der Metallate in einem Bereich zwischen 0,2 molar und 2,0 molar und ionische Flüssigkeiten in Form von substituierten Ammonium-, Phosphonium- oder Imidazoliumverbindungen aufweist.Electrochemical gas sensor for detecting H2S in a gas sample with at least one measuring electrode (3) and a further electrode (8) in an electrolyte solution (9), wherein the electrolyte solution (9) contains a mediator compound in the form of transition metal metals, with a concentration of Metallates in a range between 0.2 molar and 2.0 molar and ionic liquids in the form of substituted ammonium, phosphonium or imidazolium compounds.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Gassensor mit einer Mediatorverbindung.The invention relates to an electrochemical gas sensor with a Mediatorverbindung.

Ein elektrochemischer Gassensor mit einem im Elektrolyten gelösten Mediator ist aus der DE 10 2004 062 051 A1 bekannt. Die Anwesenheit eines Mediators bietet die Möglichkeit, gegenüber dem Analytgas hochselektive Sensoren bereitzustellen. Die Arbeitsweise eines Gassensor mit einem Mediator beruht darauf, dass das Analytgas durch die Messelektrode in die Elektrolytlösung diffundiert und von dem Mediator oxidiert oder reduziert wird. Der Analyt wird hierbei in ein Abbauprodukt überführt und der Mediator in ein Zwischenprodukt, welches an der Messelektrode rückoxidiert oder rückreduziert wird. Der dazu erforderliche Elektronentransfer, der dem Anteil des Analytgases in der Gasprobe proportional ist, ist als Messstrom nachweisbar.An electrochemical gas sensor with a dissolved in the electrolyte mediator is from the DE 10 2004 062 051 A1 known. The presence of a mediator provides the ability to provide highly selective sensors to the analyte gas. The operation of a gas sensor with a mediator is based on the fact that the analyte gas is diffused by the measuring electrode into the electrolyte solution and oxidized or reduced by the mediator. In this case, the analyte is converted into a decomposition product and the mediator is converted into an intermediate product, which is reoxidized or redissolved at the measuring electrode. The required electron transfer, which is proportional to the proportion of the analyte gas in the gas sample, can be detected as a measuring current.

Elektrochemische Gassensoren mit Mediatoren zeichnen sich durch einen niedrigen Grundstrom, hohe Langzeitstabilität und geringe Querempfindlichkeiten auf Störgase aus. Geeignete Mediatoren liegen bisher nur für spezielle Nachweisreaktionen vor. Die Nachweisempfindlichkeit des elektrochemischen Gassensors wird aber auch durch dessen Elektrodenmaterial beeinflusst.Electrochemical gas sensors with mediators are characterized by a low background current, high long-term stability and low cross sensitivity to interfering gases. Suitable mediators are so far only for specific detection reactions. The detection sensitivity of the electrochemical gas sensor is also influenced by its electrode material.

Ein elektrochemischer Gassensor mit mehreren Elektroden und einer Messelektrode aus diamantartigem Kohlenstoff (DLC) ist aus der DE 199 39 011 C1 bekannt. Die Messelektrode wird mittels eines Beschichtungsverfahrens erzeugt, bei welchem mittels eines Sputterverfahrens diamantartiger Kohlenstoff auf eine gaspermeable Membran aufgebracht wird. Die Messelektroden aus DLC sind sehr langzeitstabil.An electrochemical gas sensor with a plurality of electrodes and a measuring electrode of diamond-like carbon (DLC) is known from DE 199 39 011 C1 known. The measuring electrode is produced by means of a coating method in which diamond-like carbon is applied to a gas-permeable membrane by means of a sputtering process. The measuring electrodes made of DLC are very long-term stable.

Ein elektrochemischer Gassensor mit einer Messelektrode aus bor- oder stickstoffdotiertem Diamant (BDD) geht aus der DE 101 44 862 A1 hervor. Das Messelektrodenmaterial wird als dünne Schicht auf ein poröses, gaspermeables Substrat aufgebracht. Derartige Messelektroden sind sehr langzeitstabil und haben ein extrem großes Potentialfenster, so dass auch sehr schwer oxidierbare Substanzen umgesetzt werden können.An electrochemical gas sensor with a measuring electrode of boron- or nitrogen-doped diamond (BDD) goes out of the DE 101 44 862 A1 out. The measuring electrode material is applied as a thin layer to a porous, gas-permeable substrate. Such measuring electrodes are very long-term stable and have an extremely large potential window, so that even very difficult oxidizable substances can be implemented.

Aus der DE 10 2006 014 713 B3 ist eine elektrochemische Messvorrichtung bekannt, bei der die Messelektrode Kohlenstoffnanoröhren aufweist. Dieser Sensor enthält einen Mediator auf Basis eines Übergangsmetalls und weist selektiv SO2 nach, vermeidet die Bildung von elementarem Schwefel, hat aber nur eine geringe Empfindlichkeit auf H2S.From the DE 10 2006 014 713 B3 An electrochemical measuring device is known in which the measuring electrode has carbon nanotubes. This sensor incorporates a transition-metal mediator that selectively repels SO2, eliminating the formation of elemental sulfur, but has low sensitivity to H2S.

DE 10 2006 014 714 B3 sieht einen elektrochemischen Sensor für Gase vor, der eine Mediator-Verbindung auf Basis von Übergangsmetalisalzen aufweist. DE 10 2006 014 715 B3 sieht einen elektrochemischen Gassensor vor, bei welchem eine Mediator-Verbindung sowohl gesättigt im Elektrolyten als auch als Bodenkörper im Elektrolyten vorliegt. DE 10 2006 014 714 B3 provides an electrochemical sensor for gases having a mediator compound based on transition metal salts. DE 10 2006 014 715 B3 provides an electrochemical gas sensor in which a mediator compound is both saturated in the electrolyte and as a bottom body in the electrolyte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrochemischen Gassensor auf Mediator-Basis anzugeben, der selektiv Schwefelwasserstoff nachweist.The invention has for its object to provide a mediator-based electrochemical gas sensor, which selectively detects hydrogen sulfide.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The object is achieved by the features of patent claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Das erfindungsgemäß angegebene Mediatorsystem beruht darauf, dass der Schwefelwasserstoff bis zur Schwefelsäure oxidiert wird und somit eine Bildung von elementarem Schwefel vermieden und gleichzeitig eine hohe Empfindlichkeit erreicht wird.The mediator system according to the invention is based on the fact that the hydrogen sulfide is oxidized to sulfuric acid and thus avoids the formation of elemental sulfur and at the same time a high sensitivity is achieved.

Vorzugsweise sind Mediatoren in einer Elektrolytlösung nicht vollständig löslich. Die Verwendung von Suspensionen beziehungsweise Lösungen des Mediators mit Bodenkörper bietet eine Reihe von Vorteilen, wie:

  • – konstante Mediator-Konzentration bei variabler Luftfeuchte,
  • – identische Gleichgewichtspotentiale an Mess- und Hilfselektrode, falls Mess- und Hilfselektrode aus Kohlenstoff bestehen,
  • – Filterwirkung des Bodenkörpers und
  • – Sensor kann unter anaeroben Bedingungen betrieben werden, falls die Mess- und Hilfselektrode aus Kohlenstoff bestehen und der Mediator deren Potential bestimmt.
Preferably, mediators are not completely soluble in an electrolyte solution. The use of suspensions or solutions of the mediator with bottom body offers a number of advantages, such as:
  • - constant mediator concentration at variable humidity,
  • - identical equilibrium potentials on the measuring and auxiliary electrodes, if the measuring and auxiliary electrodes are made of carbon,
  • - Filter effect of the soil body and
  • - Sensor can be operated under anaerobic conditions if the measuring and auxiliary electrodes are made of carbon and the mediator determines their potential.

Bei der Mediatorverbindung nach der Erfindung werden Metallate von Übergangsmetallen verwendet. Als Metallate eignen sich hierbei Vanadate, Chromate, Molybdate, Wolframate, Permanganate. Besonders vorteilhaft sind Molybdate eines Übergangsmetallsalzes. The mediator compound of the invention utilizes transition metal metals. Suitable metalates here are vanadates, chromates, molybdate, tungstates, permanganates. Particularly advantageous are molybdates of a transition metal salt.

Als Leitelektrolyt wird vorzugsweise eine wässrige Lithium-Chlorid-Lösung, 2 molar–10 molar, bevorzugt 3 molar, eingesetzt, die einen großen Temperatur- und Feuchtebereich abdeckt. Bei Verwendung organischer Lösemittel wie zum Beispiel Ethylencarbonat oder Propylencarbonat können auch Ammonium-Halogenide benutzt werden. Es ist auch möglich, ionische Flüssigkeiten einzusetzen, beispielsweise substituierte Ammonium-, Phosphonium- oder Imidazoliumverbindungen.The conductive electrolyte used is preferably an aqueous lithium chloride solution, 2 molar-10 molar, preferably 3 molar, covering a wide range of temperature and humidity. When using organic solvents such as ethylene carbonate or propylene carbonate and ammonium halides can be used. It is also possible to use ionic liquids, for example substituted ammonium, phosphonium or imidazolium compounds.

Im Folgenden wird die Herstellung einer wässrigen Elektrolyt-Suspension beschrieben.The following describes the preparation of an aqueous electrolyte suspension.

Zu der wässrigen Lithium-Chlorid-Lösung wird soviel Kupferchlorid zugegeben, dass die Konzentration zwischen 0,5 molar und 5,0 molar, vorzugsweise bei 3,0 molar liegt. Zu den resultierenden Chloro-Komplexen werden noch folgende Reagenzien hinzugefügt:

  • • Metallate: Chromate, Vanadate, Wolframate, bevorzugt jedoch Molybdate. Die Konzentration der Metallate liegt dabei zwischen 0,2 molar und 2 molar, vorzugsweise bei 1,0 molar.
  • • Anorganische Säuren oder saure Salze wie NaHSO4. Mit diesen Zusätzen konnten sowohl der Grundstrom als auch die t90 Zeit deutlich reduziert werden.
To the aqueous lithium chloride solution is added so much copper chloride that the concentration is between 0.5 molar and 5.0 molar, preferably 3.0 molar. The following reagents are added to the resulting chloro complexes:
  • • Metallates: Chromates, vanadates, tungstates, but preferably molybdate. The concentration of the metalates is between 0.2 molar and 2 molar, preferably at 1.0 molar.
  • • Inorganic acids or acid salts such as NaHSO 4 . With these additives, both the base current and the t 90 time could be significantly reduced.

Zur Stabilisierung des pH-Wertes eignen sich mehrbasige Carbonsäuren beziehungsweise deren Salze: Vorzugsweise Zitronensäure, Phthalsäure beziehungsweise Zitrate und Phthalate. Als mehrbasige Säure kann auch Borsäure oder deren Salze verwendet werden.To stabilize the pH, polybasic carboxylic acids or their salts are suitable: preferably citric acid, phthalic acid or citrates and phthalates. Boric acid or its salts can also be used as polybasic acid.

Die resultierende Konzentration der Reagenzien sollte 0,5 mol bis 5,0 mol, vorzugsweise 1,0 mol pro Liter betragen. Neben der katalytischen Aktivität haben diese Verbindungen auch pH-Puffer-Eigenschaften, so dass die Sensoren über viele Stunden ohne Empfindlichkeitsverlust begast werden können.The resulting concentration of the reagents should be 0.5 mol to 5.0 mol, preferably 1.0 mol per liter. In addition to the catalytic activity, these compounds also have pH buffering properties, allowing the sensors to be gassed for many hours without loss of sensitivity.

Beim Zusammenfügen der einzelnen Komponenten bildet sich zunächst eine grüne Lösung, aus der nach einiger Zeit ein Niederschlag ausfällt. Als Leitelektrolyte können in wässriger Lösung auch hygroskopische Alkali- oder Erdalkali-Metall-Halogenide, vorzugsweise Chloride, eingesetzt werden. Eine besonders bevorzugte Rezeptur ist 3,0 molar LiCl, 3,0 molar CuCl2, 1,0 molar Li2 Mo O4.When assembling the individual components, a green solution forms, from which a precipitate precipitates after some time. As conducting electrolytes it is also possible to use hygroscopic alkali metal or alkaline earth metal halides, preferably chlorides, in aqueous solution. A particularly preferred formulation is 3.0 molar LiCl, 3.0 molar CuCl 2 , 1.0 molar Li 2 Mo O 4 .

Die Messelektrode besteht vorzugsweise aus diamantartigem Kohlenstoff (DLC). Es ist aber auch möglich, andere Kohlenstoffmaterialien, wie beispielsweise Kohlenstoff-Nanoröhren oder Messelektroden aus bor- oder stickstoffdotiertem Diamant (BDD) oder Edelmetall-Dünnschichtelektroden zu nutzen.The measuring electrode is preferably made of diamond-like carbon (DLC). But it is also possible to use other carbon materials, such as carbon nanotubes or measuring electrodes of boron- or nitrogen-doped diamond (BDD) or noble metal thin-film electrodes.

Aus Kohlenstoff-Nanoröhren (KNR) hergestellte Messelektroden sind langzeitstabil, einfach in bestehende Sensorkonstruktionen integrierbar, für eine Vielzahl von Mediatoren geeignet und kostengünstig zu beschaffen. Es gibt nur wenige durch das Elektrodenmaterial hervorgerufene Querempfindlichkeiten. Dies gilt insbesondere für mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren (MW KNR). Die Kohlenstoff-Nanoröhren werden vorzugsweise ohne Bindemittel eingesetzt.Measuring electrodes made of carbon nanotubes (KNR) are long-term stable, easy to integrate into existing sensor designs, suitable for a large number of mediators and cost-effective to procure. There are only a few cross-sensitivities caused by the electrode material. This applies in particular to multi-walled carbon nanotubes (MW KNR). The carbon nanotubes are preferably used without binders.

Derartige Messelektroden werden ganzflächig von der Elektrolytlösung benetzt, wodurch sich eine große Oberfläche für die elektrochemische Reaktion ergibt. Die erfindungsgemäße Messelektrode ist bevorzugt auch gaspermeabel. Eine Messelektrode aus KNR hat eine bessere Leitfähigkeit als eine vergleichbare Messelektrode aus DLC.Such measuring electrodes are wetted over the entire surface of the electrolyte solution, resulting in a large surface area for the electrochemical reaction. The measuring electrode according to the invention is preferably also gas-permeable. A measuring electrode made of KNR has a better conductivity than a comparable measuring electrode made of DLC.

Die Schichtdicke der Kohlenstoffnanoröhren an einer Messelektrode ist von deren Struktur abhängig. Sofern die Kohlenstoffnanonröhren in Form von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren vorliegen, liegt die Schichtdicke zwischen einem Mikrometer und tausend Mikrometer, bevorzugt zwischen 50 Mikrometer und 150 Mikrometer. Bei einwandigen Kohlenstoffnanoröhren liegt die Schichtdicke zwischen 0,5 Mikrometer und 100 Mikrometer, bevorzugt zwischen 10 Mikrometer und 50 Mikrometer.The layer thickness of the carbon nanotubes on a measuring electrode is dependent on their structure. If the carbon nanotube tubes are in the form of multi-walled carbon nanotubes, the layer thickness is between one micrometer and one thousand micrometers, preferably between 50 micrometers and 150 micrometers. For single-walled carbon nanotubes, the layer thickness is between 0.5 microns and 100 microns, preferably between 10 microns and 50 microns.

Die Schichtdicke ist auch von der Reinheit des Materials abhängig. Bei besonders reinem Material bewegt sich die Schichtdicke eher am unteren Ende des Bereiches.The layer thickness is also dependent on the purity of the material. For a particularly pure material, the layer thickness tends to move at the lower end of the range.

Durch die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren ergibt sich ein großflächiger Kontakt des Messelektrodenmaterials mit dem Analyten beziehungsweise mit dem umgewandelten Mediator, so dass eine vollständige Oxidation beziehungsweise Reduktion erfolgt. Auf diese Weise wird verhindert, dass ein Teil des Analyten beziehungsweise des umgesetzten Mediators in den Elektrolytraum diffundiert.Through the use of carbon nanotubes results in a large-area contact of the measuring electrode material with the analyte or with the converted mediator, so that a complete oxidation or reduction takes place. In this way it is prevented that a part of the analyte or the converted mediator diffuses into the electrolyte space.

Sofern die Messelektrode als Edelmetall-Dünnschichtelektrode ausgeführt ist, liegt die Schichtdicke unterhalb von 600 Mikrometer. Dickschichtelektroden haben sich nicht bewährt, da sie hohe Grundströme und geringe Selektivitäten aufweisen.If the measuring electrode is designed as a noble metal thin-film electrode, the layer thickness is below 600 micrometers. Thick-film electrodes have not been proven, since they have high base currents and low selectivities.

Die Hilfselektrode besteht zweckmäßigerweise aus einem Edelmetall, zum Beispiel Gold, Platin oder Iridium, alternativ aus Kohlenstoffnanoröhren.The auxiliary electrode is suitably made of a noble metal, for example gold, platinum or iridium, alternatively carbon nanotubes.

Zusätzlich zur Hilfselektrode können noch eine Bezugselektrode oder eine Schutzelektrode vorhanden sein, die aus einem Edelmetall oder aus Kohlenstoffnanoröhren bestehen.In addition to the auxiliary electrode, there may be a reference electrode or a protective electrode made of a noble metal or carbon nanotubes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden erläutert.An embodiment of the invention is shown in the figure and explained below.

Es zeigen:Show it:

1 einen elektrochemischen Gassensor, 1 an electrochemical gas sensor,

2 eine Begasungskurve, 2 a fumigation curve,

3 eine Gegenüberstellung von Querempfindlichkeiten. 3 a comparison of cross-sensitivities.

Bei der in der 1 veranschaulichten Ausführungsforum des erfindungsgemäß elektrochemischen Sensors 1 sind in einem Sensorgehäuse 2 eine Messelektrode 3 aus diamantartigem Kohlenstoff (DLC) auf einer Diffusionsmembran 4, eine Schutzelektrode 5, eine Bezugselektrode 6 in einem Docht 7 und eine Hilfselektrode 8 angeordnet. Der Innenraum des Sensorgehäuses ist mit einem Elektrolyt-Mediator-Gemisch 9 gefüllt, wobei der Mediator zusätzlich noch als Bodenkörper 10 vorhanden ist. Die Elektroden 3, 5, 6, 8 werden mittels flüssigkeitspermeabler Vliese 11, 12, 13, 14 auf festem Abstand zueinander gehalten. Der Gaszutritt erfolgt durch eine Öffnung 15 im Sensorgehäuse 2. Der elektrochemische Sensor 1 ist in bekannter Weise an einen nicht näher dargestellten Potentiostaten angeschlossen.When in the 1 illustrated embodiment of the inventive electrochemical sensor 1 are in a sensor housing 2 a measuring electrode 3 diamond-like carbon (DLC) on a diffusion membrane 4 , a protective electrode 5 , a reference electrode 6 in a wick 7 and an auxiliary electrode 8th arranged. The interior of the sensor housing is with an electrolyte-mediator mixture 9 filled, the mediator additionally as a bottom body 10 is available. The electrodes 3 . 5 . 6 . 8th be using liquid-permeable nonwovens 11 . 12 . 13 . 14 kept at a fixed distance from each other. The gas enters through an opening 15 in the sensor housing 2 , The electrochemical sensor 1 is connected in a known manner to a potentiostat, not shown.

2 gibt eine typische Begasungskurve 16 mit dem erfindungsgemäßen Sensor 1 wieder. Der Sensor 1 wurde bei einer Temperatur von 20° Celsius und 50% relativer Feuchte für 6 Minuten einer Konzentration von 1,96 ppm H2S ausgesetzt. Auf der Abszisse der 2 ist die Begasungszeit in Sekunden und auf der Ordinate der Sensorstrom I in Mikroampere aufgetragen. 2 gives a typical fumigation curve 16 with the sensor according to the invention 1 again. The sensor 1 was exposed to a concentration of 1.96 ppm H 2 S at a temperature of 20 ° Celsius and 50% relative humidity for 6 minutes. On the abscissa of 2 is the gassing time in seconds and plotted on the ordinate the sensor current I in microamps.

Als Mittelwerte aus fünf Sensoren und fünf Messungen ergeben sich: I0 = 7 ± 2 nA (Grundstrom) S = 3,0 ± 0,1 μA ppm –1 (Sensorsignal in μA pro ppm H2S) D = 3,4 ± 1,6% (Drift) t0-90 = 41,8 ± 18,6 s (Sprungantwort bis 90% des max. Sensorsignals) As averages of five sensors and five measurements result: I 0 = 7 ± 2 nA (Background current) S = 3.0 ± 0.1 μA ppm -1 (Sensor signal in μA per ppm H 2 S) D = 3.4 ± 1.6% (Drift) t 0-90 = 41.8 ± 18.6 s (Step response up to 90% of the maximum sensor signal)

Der erfindungsgemäße Sensor 1 zeichnet sich durch einen sehr geringen Grundstrom I0 und durch den großen Messbereich aus, da sowohl Konzentrationen von wenigen ppm gemessen werden können als auch Gaskonzentrationen im Prozentbereich.The sensor according to the invention 1 is characterized by a very low background current I 0 and by the large measuring range, since both concentrations of a few ppm can be measured as well as gas concentrations in the percentage range.

3 veranschaulicht die Querempfindlichkeiten eines konventionellen elektrochemischen Gassensors mit Edelmetall-Dickschichtelektrode gegenüber dem erfindungsgemäßen Sensor 1 mit der Mediatorverbindung. Die Balken mit grober Schraffur 17 beziehen sich auf den konventionellen Gassensor und die Balken mit feiner Schraffur 18 sind dem erfindungsgemäßen Sensor 1 zugeordnet. Auf der Abszisse der 3 sind die untersuchten Gase und auf der Ordinate ist das Sensorsignal S in μA pro ppm H2S aufgetragen. Wie der 3 zu entnehmen ist, liefern beide Sensoren bei Begasung mit H2S ein in etwa gleiches Messsignal. Der konventionelle Gassensor besitzt aber deutliche Querempfindlichkeiten unter dem Einfluss von Feuchtigkeit und bei den Gasen NO, PH3, AsH3, SO2 und B2H6. Der erfindungsgemäße Sensor 1 hat demgegenüber nur eine Querempfindlichkeit bei SO2. Diese Querempfindlichkeit lässt sich, da es nur ein Gas ist, beispielsweise durch einen zweiten Sensor, der nur die SO2-Komponente misst, einfach kompensieren. 3 illustrates the cross-sensitivities of a conventional electrochemical gas sensor with noble metal thick film electrode over the sensor according to the invention 1 with the mediator connection. The bars with coarse hatching 17 refer to the conventional gas sensor and the bars with fine hatching 18 are the sensor according to the invention 1 assigned. On the abscissa of 3 are the examined gases and on the ordinate the sensor signal S is plotted in μA per ppm H 2 S. Again 3 As can be seen, both sensors provide a roughly equal measurement signal when gassing with H 2 S. However, the conventional gas sensor has significant cross sensitivities under the influence of moisture and in the gases NO, PH 3 , A s H 3 , SO 2 and B 2 H 6 . The sensor according to the invention 1 on the other hand has only one cross-sensitivity in SO 2 . This cross-sensitivity, because it is only one gas, can be easily compensated by, for example, a second sensor measuring only the SO 2 component.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
elektrochemischer Sensorelectrochemical sensor
22
Sensorgehäusesensor housing
33
Messelektrodemeasuring electrode
44
Diffusionsmembrandiffusion membrane
55
Schutzelektrodeguard electrode
66
Bezugselektrodereference electrode
77
Dochtwick
88th
Hilfselektrodeauxiliary electrode
99
Elektrolyt-Mediator-GemischElectrolyte mediator mixture
1010
Bodenkörpersediment
11, 12, 13, 1411, 12, 13, 14
Vliesfleece
1515
Öffnungopening
1616
BegasungskurveBegasungskurve
1717
grobe Schraffurrough hatching
1818
feine Schraffurfine hatching

Claims (14)

Elektrochemischer Gassensor zum Nachweis von H2S in einer Gasprobe mit mindestens einer Messelektrode (3) und einer weiteren Elektrode (8) in einer Elektrolytlösung (9), wobei die Elektrolytlösung (9) eine Mediatorverbindung in Form von Metallaten von Übergangsmetallen enthält, mit einer Konzentration der Metallate in einem Bereich zwischen 0,2 molar und 2,0 molar und ionische Flüssigkeiten in Form von substituierten Ammonium-, Phosphonium- oder Imidazoliumverbindungen aufweist.Electrochemical gas sensor for the detection of H 2 S in a gas sample with at least one measuring electrode ( 3 ) and another electrode ( 8th ) in an electrolyte solution ( 9 ), the electrolyte solution ( 9 ) contains a mediator compound in the form of transition metal metals, with a concentration of the metallates in a range between 0.2 molar and 2.0 molar, and ionic liquids in the form of substituted ammonium, phosphonium or imidazolium compounds. Elektrochemischer Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode (3) aus diamantartigem Kohlenstoff (DLC), Bor- oder Stickstoff-dotiertem Diamant (BDD) oder Kohlenstoff-Nanoröhren besteht.Electrochemical gas sensor according to claim 1, characterized in that the measuring electrode ( 3 ) consists of diamond-like carbon (DLC), boron or nitrogen-doped diamond (BDD) or carbon nanotubes. Elektrochemischer Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektrode (3) als eine Edelmetall-Dünnschichtelektrode ausgeführt ist mit einer Schichtdicke unterhalb von 600 Mikrometer.Electrochemical gas sensor according to claim 1, characterized in that the measuring electrode ( 3 ) is designed as a noble metal thin-film electrode with a layer thickness below 600 microns. Elektrochemischer Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallate Vanadate, Chromate, Wolframate, Permanganate, vorzugsweise Molybdate mit einem Übergangsmetallsalz eingesetzt werden.Electrochemical gas sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that are used as metalates vanadates, chromates, tungstates, permanganates, preferably Molybdate with a transition metal salt. Elektrochemischer Gassensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsmetallsalz ein Kupfersalz, vorzugsweise Kupferchlorid, ist.Electrochemical gas sensor according to claim 4, characterized in that the transition metal salt is a copper salt, preferably copper chloride. Elektrochemischer Gassensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des Übergangsmetallsalzes in einem Bereich zwischen 0,5 molar und 5,0 molar, bevorzugt bei 3,0 molar, liegt.An electrochemical gas sensor according to claim 5, characterized in that the concentration of the transition metal salt is in a range between 0.5 molar and 5.0 molar, preferably at 3.0 molar. Elektrochemischer Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrbasige Säuren oder deren Salze zugesetzt werden.Electrochemical gas sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that polybasic acids or their salts are added. Elektrochemischer Gassensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als mehrbasige Säure Zitronensäure, Phthalsäure oder Zitrate und Phthalate zugesetzt werden.Electrochemical gas sensor according to claim 7, characterized in that as polybasic acid citric acid, phthalic acid or citrates and phthalates are added. Elektrochemischer Gassensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als mehrbasige Säure Borsäure oder deren Alkalimetallsalze verwendet werden.Electrochemical gas sensor according to claim 7, characterized in that are used as the polybasic acid boric acid or its alkali metal salts. Elektrochemischer Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass anorganische Säuren oder saure Salze, wie NaHSO4, zugesetzt werden.Electrochemical gas sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that inorganic acids or acid salts, such as NaHSO 4 , are added. Elektrochemischer Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytlösung (9) als Leitsalz hygroskopische Alkali- oder Erdalkalimetallsalze, vorzugsweise Lithiumchlorid, aufweist.Electrochemical gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the electrolyte solution ( 9 ) as the conductive salt hygroscopic alkali or alkaline earth metal salts, preferably lithium chloride. Elektrochemischer Gassensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lithiumchlorid-Lösung im Bereich 2,0 molar–10 molar, bevorzugt 3,0 molar, eingesetzt wird. Electrochemical gas sensor according to claim 11, characterized in that a lithium chloride solution in the range 2.0 molar-10 molar, preferably 3.0 molar, is used. Elektrochemischer Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytlösung (9) als Lösemittel Wasser enthält.Electrochemical gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the electrolyte solution ( 9 ) contains as solvent water. Elektrochemischer Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytlösung (9) organische Lösemittel Sulfolan, Ethylencarbonat oder Propylencarbonat aufweist.Electrochemical gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the electrolyte solution ( 9 ) organic solvent sulfolane, ethylene carbonate or propylene carbonate.
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